1信号对象的分析确定
1.1喷枪结构
喷雾干燥塔的喷枪结构如1所示。泥浆泵喷出的泥浆，经过入口管、软管、喷枪后，通过喷嘴雾化，最后经热风烘烤，落入塔底，成为粉粒产品。其中喷枪和喷嘴均在塔内。
1.2采集信号的选择
喷雾干燥塔从泥浆泵到喷嘴，整个过程都是封闭的，且陶瓷浆料为悬浮液，浓度、粘度很大。针对这些特点，我们选择软管的振动信号作为实验采集对象。这样做有以下优点：
（1）传感器安装在喷管外壁，不受泥浆的侵蚀，工作稳定，便于维修。（2）传感器的安装不改变原设备的结构，实验便于实施，不影响生产。
1.3采集振动信号的可行性
理论上，软管上的振动主要有以下几个方面引起的：（1）流速矢量变化对软管弯曲处造成的冲击；（2）喷枪振动（泥浆流经喷嘴速度矢量的强烈变化造成的振动）引起管子的振动；（3）泥浆泵出口流量的脉动；（4）泥浆本身的减阻特性等引起的随机扰动；（5）塔体等其他设备的振动干扰。其中，第（1）、（2）和（3）是引起软管振动的主要原因。当喷嘴发生堵塞等故障时，泥浆的流速（管子的振动信号）将发生很大的变化，因此我们可以从传感器输出信号的变化来判断喷嘴的工作状况。针对其他三种因素（各喷管共性）对判断结果的影响，我们采用同时测量多根喷管振动信号，进行纵向比较来消除共有的干扰。
为了排除浆料特性（如压强、浓度等）发生突变对软管振动（分析结果）产生的影响，我们采用对同一喷管多次测量，进行横向比较来避免。另外，由于软管的阻尼系数大，可以有效隔离其他设备以及喷管之间的相互干扰，有利于提高整个系统的精确性和可靠性。
在实际操作中，工人通过触摸所感知的也是管子的振动信号，因此用喷管振动信号作为实验的信号采集对象，用它作为浆料的流动状态信号，具有可行性。
2在线监测系统总体设计
对于陶瓷粉粒喷雾干燥塔喷雾管系统，在信号采集方面采用频率法，通过拾取振动信号，经过时域、频域分析来识别判断喷管的堵塞故障。论文中采用不同的阀门开度来模拟喷管堵塞程度。
与传统测试仪器一样，基于虚拟仪器的在线监测系统同样划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能模块，与传统仪器不同的是，虚拟仪器与计算机结合，性能大大加强，尤其是数据存储、信号处理部分，可以进行连续大量数据的采集处理，可适应高速数据采集。
其中的信号采集部分核心器件为NI数据采集卡。
2.1硬件系统设计
硬件系统设计如2所示。由计算机、数据采集卡、传感器及相应的硬件调理电路组成。
（1）硬件系统设计中，充分考虑到喷雾干燥塔高温、多尘、噪声大的工作环境，选择LC01系列内置IC式压电加速度传感器来拾取软管的振动信号。选择与其配套的LC02系列信号调理器为传感器提供恒流源驱动，并完成信号的放大、高低通滤波等调理功能，前后面板配有标准的BNC插座，方便传感器电缆的接入以及与后续数据采集卡连接。
（2）NIUSB-6251基于USB接口的数据采集卡有很高的性价比，16位A/D转换，最高采样率1.25M/S，增益可调。它可以快速可靠地完成多路模拟信号和数字信号的切换、采集，具有高性能的数据采集与抗干扰能力，常用于工业生产过程的在线监测。
2.2系统软件设计
测试程序采用NI公司的Labview7.0编制，Labview是是实验室虚拟仪器集成环境的简称，是广泛应用于测控领域的图形化软件开发平台，是一种图形化编程语言，其程序被叫做“虚拟仪器”。同时该软件具有NI采集卡的专用驱动，可以实现软件开发平台与硬件采集卡的高性能集成。利用软件系统自带的信号分析处理功能，实现采集卡转换后的多个喷管振动信号并行分析和显示及数据存储，，通过多个喷管分析数据的纵向比较，消除外界的共模干扰，单个喷管通过与记录的历史数据的比较，消除由于浆料自身变化引起的干扰，然后与故障数据库中的故障特征进行对比，对堵塞故障进行有效地、可靠地报警。
3实验测试验证
通过调整阀的不同开度，来模拟喷管得堵塞状况。
各样本信号经过零均值化、剔除错误点和消除趋势项处理后，利用FFT对各种信号进行变换，得到其频域波形如3所示。
软管内无泥浆流动时，其频域波形如所示。管内无泥浆流动时所测的的振动噪声信号，在60～70Hz有最大的频谱幅值，这是由于燥塔底部环管中泥浆压力脉动引起环管振动，继而使安装在环管上的各个喷管产生相应的振动，但其频谱幅值的最大值相比的四种流动状态要小很多。
同样分析看出，各种开度信号在60～70HZ之间有最大的频谱幅值，而且在阀门全开时，其频谱幅值最大。
进一步通过对100开度下振动信号与管内无泥浆流动时的振动信号进行归一化互相关函数估计，最大值为0.12，说明这两个信号相关性小，容易区分。
分析不同的喷管数据，最大频谱幅值区间60～70Hz不变，频谱最大值对应的频率点随着喷管在环管上的位置不同而有微小的差别，且几个喷管信号之间的相干系数接近1，说明个喷管所受到的振动情况相同。而60～70Hz频段接近于泥浆泵压力脉动频率，再次证明压力脉动是引起软管振动的一个主因。
通过上述分析，可以提出利用60～70Hz频段（泥浆泵压力脉动频率附近区域）频谱幅值大小判断喷管工作状态的故障诊断的可行方法。
4小结
通过对喷雾干燥塔喷管工作环境的分析，选择软管的振动信号为实验对象，采用频率法检测喷雾管故障状况。搭建了准确、可靠的喷管故障在线监测数据采集系统，利用虚拟仪器技术完成对多个喷管振动信号的采集、分析、比较与显示，通过软管不同状态数据的频谱分析，提出了可行的故障诊断方法，实现喷管故障在线监测。
